基于高超聲速風洞噴管加工工藝分析

吳鑫禹 沈陽工業安裝工程股份有限公司

一、工件結構和加工的難點

針對使用馬氏體不銹鋼的某型號噴管進行具體的研究，在明確其工件的尺寸和化工的精度，全長為393毫米，其內型面的光滑曲線是由一系列的坐標點回轉而成的，在整個工件加工的過程中，面輪廓的加工精度要求是最高的，需要0.05毫米[1]。

在工件左端面185毫米的地方，噴管內型面僅僅只有∮9.42毫米（喉道A截面）的截面尺寸，在整個的實驗設備中，這個尺寸是關鍵所在，噴管加工的精度對實驗數據是否準確，起到決定性的作用。我們主要進行加工工藝分析的是噴管內型面喉道A截面。

二、噴管內型面加工工藝設計

（一）加工工藝方案

（1）傳統方案：使用普通的車床，把喉道的直徑變成通孔并且加工到相應的尺寸，在將數控接到兩端進行光滑。使用這種加工的方案，需要操作者具有高超的技術，并且車床刀桿需要具有一定的強度。在最開始使用這種方式的時候，因為沒有相應的軟件可以對數據點進行轉化，只能手工對車床內輸入這些數據點，在使用折線進行擬合，最后使用拋光的辦法確保噴管內型面是光滑的就可以了，使用這種方式既耗費時間，又不能使內型面尺寸的精度得到保證。

（2）電火花加工：可以使用電火花將喉道加工到尺寸，然后對其進行光滑加工，在使用電火花加工這種方案時，先進行電極粗加工，然后在電極精加工，粗加工的時候需要留0.1毫米的單邊放電間隙，在精加工的時候這條間隙需要小于0.05毫米，但是這種方案還是存在缺點的：因為要多次找正裝夾，要求很高的基準；在電極加工的時候使用的是比較貴的紫銅，并且使用的電極是粗、精兩種，其成本高，浪費材料多；使用電火花的時候對喉道粗糙程度沒有辦法進行保證，如果使用小電流的電火花對粗糙度進行保證，那么需要使用很長的時間進行加工，效率低下；電火花設備需要具有平旋頭，否則會出現放電時電流不均勻的情況，某個部位的電流會突然增大，致使喉道出現橢圓，對加工的精度產生影響。

（3）先粗加工再精加工；可以使用車床先進行粗加工，去掉兩端多余的部分，然后在使用帶有鉆頭的長鉆桿鉆出∮9毫米的通孔，最后使用專業進行數控加工的刀桿進行加工。為了對內型面在加工時的精度以及刀桿在使用過程中的剛度進行保證，特別是喉道尺寸的精度，在喉道進行精加工的時候，其離端面的距離要在最短的一段，就是在進行內型面大端加工的時候，在加工的過程中要嚴格控制喉道的尺寸，確保達到規定的尺寸，再轉換加工面，將內型面的小端加工到需要的尺寸。使用這種方式加工的效率高，操作起來方便簡單，可以對尺寸的精度和表面的粗糙度進行保證[2]。

從上面這三種方案的加工過程以及效率中可以看出，使用第三種方案不僅可以確保加工的質量，而且還可以提升加工的效率，減少加工的成本，所以在實際的加工中，我們可以使用第三種方法。

（二）工裝設計

因為這個工件是小直徑深孔加工的，所以為了確保工件和喉道直徑的加工，在加工的過程中必須使用工裝設計專用的刀桿。為了確保刀桿的強度，需要使用40Cr的材料對其實施調質處理。

在進行常規操作的時候，在刀桿尖端裝置刀片的地方，需要先制作一個凹槽用來裝刀片，然后再把刀片進行焊接，但是實施這個方案的時候有幾個缺點：第一，在焊接刀片的時候，因為面積小的原因，所以具有比較大的焊接難度，容易出現焊接不牢固的現象；第二，在對刀片進行刃磨時，必須要跟刀桿一起操作，這樣就加大了操作的難度，不易控制切削的角度；第三，不容易控制刀片中心的位置。

改進傳統的刀桿，將其優化成三段，將∮8毫米的圓形狀的高速鋼車刀條作為前段材料，可以直接從刀條上面進行削刃開切，在中間段和后段可以使用40Cr的材料實施調質處理。使用釬焊的方式將前段和中段進行連接，后段可以使用螺紋的方式與中段進行連接。

對刀桿進行改進后，其優點是：第一，因為使用圓形的刀條插入到止口釬焊中，可以實現刀桿和刀具的自動對中，確保同軸；第二，在刃磨刀具的時候，只要把中段和前段在連接的地方旋轉開就可以了，大大減輕了操作的重量，操作起來比較簡單，可以確保刃磨的質量；第三，圓形的刀條在焊接的時候比焊接刀片難度低，可以確保焊接的質量。

三、加工工藝參數選擇

加工喉管道的材料需要選擇使用鍛件為2Cr13的馬氏體不銹鋼，因為在加工不銹鋼材料時具有難度的特點，在選擇刀具的時候，需要耐熱性好、韌性高、硬度高的高速鋼材料。而且刀具的材料需要小于不銹鋼的化學親和力。在考慮到成本以及對切削加工滿足其要求的情況下，在實際進行機械加工的時候選擇高速鋼材料是W2Mo9Cr4VCo8[3]。

在對刀具刃磨的時候，為了降低后刀面的摩擦和切削變形，在使用后角和前角時，要使用比較大的參數，而且不易采用過寬的負倒棱。同時要將前角進行增大，以此獲得較好的斷屑效果，在選擇卷屑槽的時候需要使用全圓弧形的。為了確保噴管內型表面的粗糙度，在進行刃磨的時候，要需要使刀面前后具有的光潔度較高。

四、結束語

總而言之，本文對高超聲速風洞噴管的加工工藝進行探討，具體分析了某型號噴管內型面的加工工藝，并對其進行優化，先后開展了在工藝上面進行分析，并實施試驗、對專用的刀頭進行設計等內容，可以確定的是，優化噴管加工的工藝，可以有效的提升加工的效率，使成本得到降低。